CMOS还是sCMOS传感器区别及选择因素

互补金属氧化物半导体（CMOS）技术现在可以提供许多生物医学应用所需的高级成像功能，但是它可以代替更昂贵的sCMOS（scientific CMOS）传感器吗？

CMOS和sCMOS传感器已为多个行业的机器视觉性能和价值树立了标杆，本文将解释每种技术在生物医学和生命科学中要求很高的成像应用中的收益和成本。

 

CMOS和sCMOS传感器有什么区别？

通常，sCMOS传感器被认为是“下一代”CMOS传感器。

引入sCMOS技术是为了在CMOS开发的早期阶段弥合新CMOS传感器和传统CCD（电荷耦合器件）传感器之间的差距。最初，由于动态范围，读取噪声，帧速率和分辨率的折衷，生物医学应用无法使用CMOS传感器。引入sCMOS相机时，它们使用了与CMOS传感器非常相似的设计原理和制造技术，但结合了多种功能来帮助他们克服最初的CMOS缺点。这使得sCMOS传感器适合于要求低光性能，宽动态范围和高保真度的科学应用。

但是，自从sCMOS相机问世以来，多年来，传统的CMOS传感器在量子效率和降低自身内部噪声的能力方面都得到了改善，这使得CMOS相机成为许多高级生物医学应用的可行选择。

此外，大多数CMOS相机比sCMOS相机便宜得多。仅此一个因素便促使许多工程师和研究人员在需要为其应用选择显微镜相机，组织学相机，细胞学/细胞遗传学相机或落射荧光相机时考虑使用最新的CMOS传感器。

我该选择CMOS还是sCMOS传感器？

选择CMOS还是sCMOS传感器取决于一系列因素。如果你在两者之间犹豫不决，你很可能使用的是外显照明，因为白光足够亮，不需要sCMOS传感器。另外，有时可能只是简单的光照到相机的程度，或者是特定应用中特有的性能参数的组合，都会影响选择。

但不管是CMOS还是sCMOS，您都应该选择单色传感器，而不是彩色传感器，因为单色传感器具有固有的量子效率优势。

sCMOS传感器的特点是背面照明和大像素，有助于降低整体噪声（如CCD技术）。此外，sCMOS相机通常包括Peltier冷却系统，以减少长时间曝光后由热产生的噪声。使用sCMOS传感器的相机还需要一个高带宽接口，例如带有帧捕捉板的CameraLink或CoaXpress，从而使这种视觉系统更加复杂，因此价格更高。

为了解决这个问题，CMOS制造商继续在量子效率（收集入射光子的能力），降低读取噪声（确保即使在这种噪声中不会损失低水平的入射光子）方面做出重大改进，并实施了背面照明。虽然Peltier冷却也是某些CMOS传感器的一种选择，但由于量子效率的提高和噪声的降低，使得某些生物医学成像应用无需进行冷却。

降低成本的另一种方法是接口。多年来，CMOS传感器已与诸如USB3，GigE和10 GigE的消费类接口配对。这些接口不需要帧捕获器，从而降低了系统的复杂性（和成本）。即将推出的接口（例如25/100GigE，USB4和CXPX）将通过提供明显更高的带宽来完全消除此问题。

CMOS传感器是一种成本较低的替代品

仅仅是较低的成本就促使许多工程师和系统设计人员考虑评估最新的CMOS传感器，以取代基于sCMOS的系统。在许多情况下，视觉系统设计人员惊讶地发现一个合适的CMOS相机的价格低于1000美元，而具有类似性能参数的典型sCMOS设置可能会花费超过10000美元。

无论是sCMOS还是CMOS，许多相机制造商都没有使用单一的标准来比较相机。因此，无论使用哪种类型的传感器，比较相机都是一个挑战。在机器视觉领域，EMVA1288已经成为欧美AIA（美国自动成像协会)和日本JIIA（日本工业成像协会)公认的相机规格和测量标准。

综上所述，对于需要极致性能的情况下，sCMOS相机可能是必需品。但是，有必要为您的特定应用确定最重要的性能参数，并对CMOS和sCMOS相机进行合理的比较，然后再相互淘汰。

CMOS传感器在不断发展，CMOS和sCMOS之间的价格比正在迅速缩小。如果常规的CMOS传感器可以满足您的应用要求，那么对于您和您的团队而言，这可能是一种便宜得多的选择。
编辑：hfy